## Pengembangan Antena Mikrostrip Susun untuk Radar Pengawas Pantai
Microstrip Antenna Array for Coastal Surveillance Radar
Fitri Yuli Zulkifli a, * , Yuyu Wahyu b , Basari a , dan Eko Tjipto Rahardjo a
a Antenna Propagation and Microwave Research Group (AMRG) Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Depok 16424, Indonesia
b Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Komp LIPI Gd 20, Jl Sangkuriang 21/54D, Bandung 40135, Indonesia

## Abstrak
Makalah ini membahas pengembangan antena mikrostrip yang disusun secara linier sebanyak empat elemen untuk aplikasi radar  pengawas  pantai.  Teknik  pencatuan  yang  digunakan  untuk  mencatu  antena  susun  ini  adalah proximity  coupled. Desain antena  menggunakan  software  CST  microwave  studio  dan  dirancang  untuk  bekerja  di  frekuensi  9,4  GHz.  Hasil  simulasi memperlihatkan impedance bandwidth antena pada return loss ≤ -9,54 dB adalah 760 MHz dari  9,34-10,1 GHz dan dari  hasil ukur    adalah  860  MHz  dari  frekuensi    9,35-10,21  GHz.  Di  samping  itu,  hasil  simulasi  menunjukkan half  power  beamwidth (HPBW) pada  phi=0  sebesar  23,7 o dengan sidelobe  level  (SLL) sebesar -12,03  dB,  sementara  pada  phi=90  diperoleh    HPBW sebesar 77,2 o dengan SLL tertekan sampai -19,78 dB. Sebagai tambahan, gain dari antena diperoleh sebesar 11,33 dB. Adapun hasil pengukuran menunjukkan hasil HPBW pada phi=0 sebesar 20 o dengan SLL  sebesar -18,9 dB dan pada phi=90 diperoleh HPBW sebesar 65 o dengan SLL -15,51 dB.
Kata kunci: antena susun, antena mikrostrip, radar pengawas pantai, proximity couple.

## Abstract
This  paper  discusses  a  microstrip  antenna  linier  array  with  four  elements  for  Coastal  Surveillance  Radar.  The  feeding technique used for this antenna is proximity coupled feed technique. The software used for the antenna design is CST microwave studio  software    and  the  antenna  is  designed  to  work  at  frequency  9.4  GHz.  Simulation  result  shows  impedance  bandwidth  at return loss of ≤ -9,54 dB is 760 MHz from  9,34 – 10,1 GHz  and the measurement results is 860 MHz from 9,35-10,21 GHz. Moreover,  simulation  results  of  the  half  power  beamwidth  (HPBW)  at  phi=0  is  23,7 o with  sidelobe  level  (SLL)  of  -12.03  dB, while  at  phi  =  90  the  HPBW  is  77,2 o with  SLL  of  -19.78  dB.  In  addition,  the  antenna  gain  obatained  is  11.33  dB.  While measurement result shows HPBW at phi = 0 is 20 o with SLL of -18.9 dB and at phi=90 the HPBW is 65 o with SLL of -15.51 dB.
Keywords: microstrip antenna, array, coastal surveillance radar, proximity couple.

## I. P ENDAHULUAN
Negara  kesatuan  republik  Indonesia  (NKRI)  yang terdiri  dari  lebih  17.000  pulau  dengan  2/3  wilayah terdiri  dari  lautan  memerlukan  pengamanan  dan pengawasan  wilayah  dengan  jumlah  aparat  dan peralatan  yang  sangat  banyak.  Pada  kenyataannya, kemampuan  TNI-AL  dan  POLRI  untuk  mengawasi wilayah  RI  sangat  terbatas  sehingga  wilayah  perairan Indonesia  rawan  akan  pencurian  ikan,  pelanggaran wilayah  oleh  kapal-kapal  asing,  pembajakan  kapal  laut dan penyelundupan.
Salah satu cara untuk  mengawasi pergerakan kapal laut  sehingga  dapat  dicegah  tindakan-tindakan  yang dapat merugikan NKRI dan juga tabrakan kapal apabila hendak merapat ke pelabuhan adalah dengan menggunakan radar pengawas pantai ( coastal surveillance radar (CSR)).
Dalam  rangka  memenuhi  kebutuhan  akan  Radar untuk  Indonesia,  maka  terjalinlah  kolaborasi  antara PPET-LIPI,  UI,  IRCTR-TU  Delft  dan  institusi  lainnya dalam  pembuatan  radar  pertama  buatan  Indonesia  yang dinamakan  dengan  INDRA  (Indonesian  Radar)  [1]  dan ISRA (Indonesian Surveillance Radar) [2].
Antena  yang  telah  didesain  untuk  ISRA  telah berkembang dan ada yang berupa antena mikrostrip [1], [3] dan ada juga antena yang berupa waveguide slot [4]. Antena  mikrostrip  pada  [1]  dan  [3]  dicatu  secara langsung  dengan  saluran  pencatu  di  bidang  yang  sama dengan patch antena  sehingga  ini  dapat  mempengaruhi unjuk  kerja  dari  antena. Sidelobe  level pada  [3]  juga masih sebesar 9,7 dB. Nilai ini masih terlalu besar untuk antena  radar  pantai  yang  memerlukan sidelobe  level di bawah 13 dB. Di samping itu, antena ISRA mempunyai spesifikasi impedance bandwidth sebesar 60 MHz yaitu dari  frekuensi  9,37  GHz  sampai  9,43  GHz  dengan frekuensi  tengah  di  9,4  GHz. Gain antena  ISRA diharapkan  lebih  besar  dari  25  dB  dengan  pola  radiasi pada phi=0 ( vertical beamwidth ) < 30 o dan pada phi=90 ( horizontal beamwidth ) < 1 o .
Pada  makalah  ini  akan  dibahas  pengembangan antena susun linier mikrostrip empat elemen untuk radar
yuli@eng.ui.ac.id
PPET - LIPI doi : 10.14203/jet.v13.55-59
Synchronizer Transmitter Display Unit Receiver Power Supply Antenna Control Video TX Antenna RX Antenn a
pengawas  pantai  yang  bekerja  pada  frekuensi  9,4  GHz atau di X - band .

## II. S ISTEM R ADAR
Radar merupakan akronim dari radio detection and ranging . Sistem radar merupakan sistem yang kompleks yang diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Radar [5].
Sistem  radar  akan  mendeteksi  obyek  diawali  dari bagian  antena.  Antena  merupakan  komponen  yang krusial  dalam  sistem  radar  karena  dapat  menentukan unjuk  kerja  sistem  radar  keseluruhan  yaitu  untuk mendeteksi suatu objek.
Dari  antena,  data  yang  terdeteksi  akan  diolah  dan ditampilkan  oleh  unit  peraga/ display  unit .  Unit  peraga ini    yang  mengolah  sinyal  yang  diterima  dari  bagian penerima menjadi suatu gambar yang dapat diinterpretasikan dengan mudah oleh pengguna.
Oleh  karena  itu  bila  kemampuan  deteksi  radar semakin  canggih  yang  berarti  didukung  dengan kemampuan antena yang canggih juga, maka pemrosesan sinyal dari sinyal yang diterima oleh antena penerima menjadi tidak susah lagi.
Untuk  aplikasi  radar  pengawas  pantai  yang dikembangkan  ini,  memiliki  spesifikasi  antena  dengan frekuensi  kerja  9,4  GHz, impedance  bandwidth 60 MHz.    Pola  radiasi  pada phi=0  lebih  kecil  dari  30 o dan pada phi=90 lebih kecil dari 1 o dengan  SLL lebih  kecil dari  -13  dB. Gain antena  yang  diinginkan  lebih  besar dari 25 dB [2].

## III. D

## ESAIN ANTENA 4 E LEMEN
Sebelum  mendesain  antena  empat  elemen,  terlebih dahulu  di  desain  antena  satu  elemen  berupa patch persegipanjang  dengan  teknik  pencatuan proximity couple . Desain antena  mikrostrip dilakukan pada bahan substrat  Roger  5880  dengan  konstanta  dielektrik  2,2, tangential  loss 0,0009,    dan  ketebalan  substrat  1,575 mm  yang  diperlihatkan  pada  Gambar  2.  Untuk memperoleh desain antena satu elemen ini menggunakan formula dari buku Balanis [6].
Gambar  2  memperlihatkan  bahwa  antena  terdiri dari  dua  lapisan  substrat.  Lapisan  pertama  bagian  atas berupa  satu  elemen  antena  berbentuk  persegi  panjang dan pada lapisan kedua substrat bagian atas  merupakan mikrostrip  line  sebagai  pencatu  antena.  Kedua  lapisan substrat  ini  ditumpuk  untuk  menghasilkan  antena  satu elemen bentuk persegi panjang dengan teknik pencatuan proximity coupling .
Gambar 2. Desain Antena Mikrostrip Satu Elemen Tampak Atas Secara Tiga Dimensi.
Hasil  simulasi  dari  antena  satu  elemen  ini diperlihatkan pada Gambar 3.
(a)
(b)
Gambar 3. Hasil Simulasi Satu Elemen, (a) Parameter S 11 , (b) Pola radiasi 3-D.
Gambar  3  (a)  memperlihatkan  hasil  simulasi parameter  S 11 yang  menunjukkan  frekuensi  kerja  dari antena.  Pada  nilai  S 11 ≤  -14  dB,  maka  diperoleh bandwidth antena selebar 450 MHz yaitu dari frekuensi 9,18 GHz sampai 9,63 GHz.
Adapun  Gambar  3  (b)  memperlihatkan  hasil simulasi  tiga  dimensi  dari  pola  radiasi  antena  satu elemen dengan patch antena menghadap ke arah sumbu Z.  Di  samping  itu,  Gambar  3  (b)  juga  memperlihatkan gain antena satu elemen diperoleh sebesar 6,3 dB. Antena  satu  elemen  ini  kemudian  dikembangkan menjadi 4 x 1 elemen yang disusun secara linier. Hal ini
dilakukan  untuk  memperoleh  pola  radiasi  phi=0 ( vertical  beamwidth )  <  30 o .  Antena  empat  elemen  ini diperlihatkan pada Gambar 4.
(a) (b)
Gambar 4. Desain Antena Mikrostrip Empat Elemen Tampak Atas, (a) Lapisan Substrat 1, (b) Lapisan Substrat 2
Antena  mikrostrip  ini  terdiri  dari  dua  lapisan substrat.  Lapisan  pertama  terdiri  dari patch berbentuk persegi  panjang  sebanyak  empat  buah  elemen  yang disusun  secara  linier  berupa  4  x  1  elemen  seperti  yang diperlihatkan pada Gambar 4 (a).
Lapisan  kedua  substrat,  pada  bagian  atas  didesain pencatuan antena berupa konfigurasi series feed unequal power  divider yang  akan  mencatu  antena  secara proximity  coupling .  Desain  ini  diperlihatkan  pada Gambar  4  (b).  Pada  bagian  bawah  lapisan  substrat kedua  terdapat  bagian  pentanahan  dari  antena  susun tersebut.
Bagian  yang  berwarna  kuning  atau  yang  diarsir merupakan bahan konduktor dari substrat tersebut.

## IV. H ASIL DAN A NALISIS
Pada  bagian  ini  akan  membahas  hasil  simulasi desain  antena  mikrostrip  4x1  elemen  dengan  hasil pengukuran.  Gambar  5  memperlihatkan  foto  hasil pabrikasi dari antena mikrostrip 4x1 elemen.
Gambar 5. Foto Antena Mikrostrip 4x1 Elemen Tampak Atas
Hasil  pertama  yang  diukur  adalah  frekuensi  kerja antena  susun  empat  elemen  tersebut  yang  diperlihatkan pada Gambar 6. Bila membandingkan hasil simulasi dan hasil  pengukuran  dari  frekuensi  kerja  antena,  maka diperoleh hasil yang serupa. Hasil simulasi memperlihatkan impedance  bandwidth antena  pada return  loss ≤  -9,54  dB  adalah  760  MHz  yaitu  dari frekuensi  9,34  hingga  10,1  GHz  dan  dari    hasil
pengukuran  diperoleh bandwidth sebesar  860  MHz yaitu di frekuensi  9,35 sampai 10,21 GHz.
Gambar 6. Perbandingan Hasil Return Loss Antena.
Hasil  pengembangan  antena  susun  empat  elemen ini  menunjukkan gain antena  sebesar  11,33  dB  dengan pola  radiasi  tiga  dimensi  (3D)  yang  ditunjukkan  pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil Simulasi Polaradiasi 3D Antena dan Gain Antena.
Bila hasil pola radiasi tiga dimensi ini diplot dalam dua  dimensi,  maka  hasil  pola  radiasi  tersebut  akan diperlihatkan  pada  phi=0  yang  ditunjukkan  pada Gambar  8  (a)  dan  phi=90  yang  diperlihatkan  pada Gambar 8 (b).
Hasil simulasi menunjukkan half power beamwidth (HPBW)  pada  phi=0  sebesar  23,7 o dengan sidelobe level  (SLL)  sebesar  -12,03  dB,  sementara  pada  phi=90 diperoleh    HPBW  sebesar  77,2 o dengan  SLL  tertekan sampai -19,78 dB.
Pengukuran  pola  radiasi  antena  dilakukan  dalam ruang  anti  gema  di  laboratorium  telekomunikasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas  Indonesia.  Gambar  8  (a)  memperlihatkan HPBW pada phi=0 diperoleh sebesar 20 o dan di Gambar 8 (b) menunjukkan HPBW pada phi=90 sebesar 65 o . Hasil  perbandingan  pola  radiasi  antara  hasil simulasi  dengan  hasil  pengukuran  memperlihatkan bentuk  pola  yang  serupa.  Pada  hasil  pengukuran  phi=0 memperlihatkan sidelobe level sebesar  -18,9  dB  dan
pada  phi=90  memperlihatkan sidelobe  level sebesar -15,51 dB.
Hasil desain antena 4x1 elemen ini telah memenuhi spesifikasi pola radiasi phi=0 ( vertical beamwidth ) < 30 o .
(a) (b)
Gambar 8. Perbandingan Pola Radiasi, (a) pada Phi=0, (b) pada Phi=90

## V. D

## ESAIN ANTENA 4 X 64 ELEMEN
Hasil  simulasi  dan  pengukuran  dari  antena  empat elemen ini dikembangkan lagi untuk memenuhi standar spesifikasi  antena  radar  pengawas  pantai  yang  belum tercapai  yaitu  memperoleh gain antena  ISRA  lebih besar  dari  25  dB  dengan  pola  radiasi  pada  phi=90 ( horizontal beamwidth ) < 1 o .
Untuk  memperoleh  spesifikasi  ISRA  khususnya gain antena  dan  pola  radiasi  pada  phi=90,  maka disimulasikan  secara  bertahap  4x32  elemen  dan  4x48 elemen yang diperlihatkan pada Gambar 9.
(a) (b)
Gambar 9. Hasil Simulasi  Pola Radiasi 4x32 Elemen dan 4x48 Elemen, (a) pada Phi=0, (b) pada Phi=90
Dari  hasil  simulasi  baik  4x32  elemen  maupun  4x48 elemen  menunjukkan  pada  phi=90  diperoleh  HPBW sebesar  2,4 o sehingga  tidak  berhasil  diperoleh  pola radiasi phi=90 ( horizontal beamwidth ) < 1 o , oleh karena itu  desain  antena  dikembangkan  lagi  menjadi  4x64 elemen.
Hasil  simulasi  antena  4x64  elemen  diperlihatkan pada  Gambar  10.  Antena  ini  memiliki gain sebesar 29,51 dB.
(a)

## (b)
Gambar 11. Hasil Simulasi Pola Radiasi, (a) pada Phi=0,
(b) pada Phi=90
Hasil  simulasi  pola  radiasi  ini  bila  dilihat  pada phi=0  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  11  (a), memperlihatkan hasil HPBW sebesar 25,1 o dengan SLL sebesar  -11,7.  Adapun  pola  radiasi  antena  pada  phi=90 yang  diperlihatkan  pada  Gambar  11  (b),  menunjukkan
bahwa  diperoleh  HPBW  sebesar  0,7 o dengan  SLL sebesar -29,9 dB.
Dari  hasil  simulasi  ini,  memperlihatkan  bahwa untuk  memenuhi  spesifikasi  antena  radar  pengawas pantai,  maka  diperlukan  antena  susun  sebanyak  4x64 elemen.

## K ESIMPULAN
Desain antena mikrostrip 4x1 elemen dengan teknik pencatuan proximity coupling telah dilakukan, kemudian  dipabrikasi,  dilakukan  pengukuran,  dan hasilnya  dianalisis.  Hasil  simulasi  diperoleh  bahwa antena  dapat  bekerja  pada  frekuensi  9,4  GHz  dan gain antena  diperoleh  sebesar  11,33  dB.    Pada  phi=0 diperoleh  HPBW sebesar sebesar  23,7 o dengan  SLL= -12,03 dB. Sedangkan pada phi=90 diperoleh HPBW=77,2 o dengan  SLL=-19,78  dB.  Adapun    hasil pengukuran  menunjukkan  hasil  HPBW  pada  phi=0 sebesar  20 o dengan  SLL    sebesar  -18,9  dB  dan  pada phi=90  diperoleh  HPBW  sebesar  65 o dengan  SLL= -15,51 dB.
Bila  antena  ini  dikembangkan  lagi  menjadi  4x64 elemen,  maka  antena  ini  sudah  dapat  memenuhi spesifikasi antena radar pengawas pantai.
U CAPAN T ERIMA K ASIH Penelitian ini terlaksana dengan sebagian pendanaan  didanai  oleh  Hibah  Kolaborasi  Nasional Universitas Indonesia dengan nomor kontrak: 0690/H2.R12/HKP.05.00 Perjanjian/2013.
Penulis  juga  ingin  mengucapkan  terima  kasih kepada  Aditya  Inzani  Wahdiyat,  Nugroho  dan  Dony Canisius  Sirait  yang  telah  membantu  Penulis  dari  segi teknis.

## D AFTAR P USTAKA
[1] A.  A.  Lestari, P. Hakkaart,  J.H. Zijderveld, F. V. D.  Zwan, M. Hajian,  and  L.  P.  Ligthart,  “INDRA:  the  Indonesian  maritime radar”  in Proceedings  of  the  5th  European  Radar  Conference ,
2008.
[2] Mashury, “Building a radar from  the scratch: ISRA LIPI radar experience”,  in Proceeding  International  Conference  on Telecommunications (ICTel) ,  Bandung, 2009.
[3] Y. Wahyu, Y. P. Saputera,  and  I. D. P. Hermida, “Array planar antenna using thick film on alumina substrate for X-band radar”, in Proc.  Of  International  Conference  on  Radar,  Antenna, Microwave,  Electronics  and  Telecommunications  (ICRAMET) , Surabaya,  2013.
[4] F.  Y.  Zulkifli,  U.  Ulya,  E.  T.  Rahardjo,  dan  Y. Wahyu, ”Pengembangan antena waveguide 8 slot untuk aplikasi radar pengawas pantai”, Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi, PPET-LIPI , vol.12, no.1, Januari-Juni 2012.
[5] B. Edge, RADAR Principles, Technology, Applications , Prentice Hall, Inc., 1993.
[6] R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, and A. Ittipiboon, Microstrip Design Handbook , Norwood, MA: Artech House Inc., 2001.